Este artículo se publica con la intención de compartir una recopilación estudiantil que necesariamente está sujeta a correcciones ortográficas, gramaticales, de forma  y de contenido.  Por este motivo debe considerarse como material en proceso de elaboración, aún no terminado.


EL ARIETE HIDRÁULICO

 

Qué es el Ariete Hidráulico?

El ariete hidráulico es una bomba de chorro de agua que actúa por choque. Este levanta agua empleando la fuerza que se genera cuando una masa de agua en movimiento se detiene repentinamente. A este fenómeno se le da el nombre de golpe de ariete y se produce por la transformación de energía cinética a energía de presión. Lo que se hace con el ariete es llevar una parte de un caudal grande de agua con poca caída a una cota mayor.

Ubicación del Arite

El sitio para ubicar el ariete debe ser bien escogido, debe estar en un lugar tal que se puedan escoger dos puntos en la fuente de aprovechamiento entre los cuales exista una diferencia de alturas. La distancia entre estos dos puntos dependerá de la pendiente del cauce o la topografía del terreno donde se vaya a ubicar el ariete. Este se debe poner en un sitio de cota entre los dos puntos en el río o fuente, de esta forma el agua llegará de forma natural al ariete y la que no se bombee podrá retornar a su cauce original. Se debe instalar en un punto donde se puedan hacer unos cimientos y una plataforma que soporten la vibración. Además el lugar debe ser bien drenado.

¿Cuanto bombea?

El caudal y cargas disponibles en la tubería de salida están sujetos al caudal y carga disponibles a la entrada del ariete. La entrada del arite es la que determina cual es la condición de la energía viva en la tubería de entrada, es decir la cantidad de energía cinética que se va a poder transformar en energía potencial mediante el cierre brusco y apertura de unas válvulas que producirán repetidamente el golpe de ariete. La repetición de este fenómeno genera un incremento en la carga piezométrica en la descarga y permite llevar el agua del ariete a otro punto de cota superior.

Para obtener una mayor energía, se debe aumentar la masa en la tubería y para esto el ariete se debe ubicar más cerca al segundo punto, es decir lo más lejos posible de la toma. La descarga se hace por un canal sencillo y no es necesario utilizar tubería. La diferencia de altura entre la toma y el ariete debe ser por lo menos un metro. En la toma se debe instalar una criba (malla) en el extremo de la tubería de captación y esta debe quedar por lo menos 30 cm por debajo de la superficie del agua y 10 cm por encima del fondo.

¿Cómo funciona el Ariete Hidráulico?

El agua se conduce a la caja de válvulas del ariete. La caja de válvulas contiene dos válvulas automáticas, una válvula de descarga que abre hacia abajo y otra de suministro que abre hacia arriba. Encima de esta última hay una cámara de aire en cuya base se encuentra la tubería de suministro. Con la válvula de suministro cerrada existe un flujo continuo por la válvula de descarga. Si la válvula de suministro se cierra intempestivamente se desarrollan presiones por el golpe de ariete que obligan a la válvula de suministro a abrirse permitiendo la entrada de algo de agua a la tubería de salida. Una vez llegue la onda de presión negativa de la toma, la válvula de suministro se cierra y la de descarga se abre automáticamente. Entonces se produce un flujo de agua gradualmente acelerado a través de la válvula de descarga que ocurre hasta que la fuerza neta ejercida hacia arriba en la válvula supera su peso y en ese momento esta se cierra para comenzar un nuevo ciclo. La cámara de aire sirve como amortiguador de flujo en la tubería de salida reduciendo las fluctuaciones.

El ariete funciona de la manera siguiente, ver el diagrama (fig. 1) para un mejor entendimiento. El agua llega a la toma desde la fuente y de allí se hace circular por caída natural en una tubería que la conduce hacia el ariete, el diámetro de la tubería de entrada debe ser en todo caso mayor a la de salida. La válvula de descarga que se encuentra abierta por su propio peso se cierra con el empuje del agua como se explicó anteriormente. Con el cierre de esta se produce el golpe de ariete en la bomba y obliga a la válvula de suministro a abrirse. Se forza el agua a través de esta a la cámara de aire. Una vez amortiguada la sobrepresión por la entrada del agua a la cámara de aire, se cierra la válvula de suministro y se abre la de descarga permitiendo una vez más el comienzo de un nuevo ciclo. Una válvula roncadora o de admisión de aire, que no aparece en el diagrama, admite aire para que la cámara de aire reponga el aire que absorbe el agua en el bombeo (esta se ilustra en la figura 2). Se puede repetir este procedimiento de 40 a 200veces por minuto dependiendo de las características del ariete; esta iteración genera una presión en la cámara de aire que llega a ser suficiente para bombear el agua hasta la cota deseada donde se encuentra el depósito.

image656.gif (71398 bytes)(fig. 1)

La cantidad de agua que puede ser elevada por el ariete está dada por la ecuación:

.q = ((Q*h)/H)*h

donde

q es el caudal a elevar (l/min)

Q es el caudal mínimo para operar el aparato (l/min)

.h = altura de caída (m)

H = altura de suministro

h = eficiencia del aparato (varía con la relación H/h)

image657.gif (20997 bytes)

La válvula más importante.

La válvula de descarga, también llamada válvula de ímpetu o válvula de impulso es la más importante en el funcionamiento del ariete. Es la parte más sensible y depende de su diseño y ajuste que el bombeo se efectúe bien. Se deben tomar en cuenta el área de la válvula, su peso y el del eje, contra peso ajustable, ajuste del largo del recorrido y que no haya fricción en los rodamientos del eje. Las combinaciones correctas de estos parámetros darán una velocidad máxima de flujo de agua hacia fuera y un veloz cierre de esta en el momento correcto. Se recomienda que el contra peso ajustable sea un resorte y no un peso. El peso de la válvula debe ser justamente el que permita que la válvula caiga en el momento que el sistema alcance el equilibrio.

image658.gif (21715 bytes)

Esta válvula se oprime manualmente hacia abajo para que el ariete comience a funcionar. Se hace varias veces, y si no funciona el recorrido no esta bien ajustado; este se debe cambiar para optimizar el funcionamiento.

Y no cuesta nada!

El ariete tiene la ventaja de que funciona sólo, no necesita de ningún tipo de combustible o energía para su funcionamiento puesto que utiliza la energía hidráulica como propulsor. Para comenzar su funcionamiento se debe abrir la válvula de descarga manualmente para que se genere el golpe de ariete y así comience el ciclo. Si se desea parar el funcionamiento se debe mantener cerrada esta válvula y esperar a que se reponga el aire de la cámara por medio de una válvula roncadora. El mantenimiento del aparato es casi nulo y puede funcionar día y noche por largos períodos de tiempo (años en algunos casos), se detiene su funcionamiento casi siempre porque el depósito se llena y no se necesita más bombeo. Es importante que la entrada del agua bombeada al depósito sea por la parte superior para no tener que vencer una cabeza de presión ejercida por el agua.

Eficiente?

El ariete no utiliza toda el agua proveniente de la tubería de entrada. Su eficiencia puede ir desde 20 hasta 70 o 90% en algunos casos y depende de la relación entre la cota de la toma y la cota de suministro, con el nivel de referencia en el aparato. La eficiencia es directamente proporcional al valor de esta relación, es decir inversamente proporcional a la altura a la que se va a suministrar el agua. Un ariete puede por ejemplo tomar 379 l/min con una caída de 3m y suministrar 38 l/min a una cota de 20m o 379 l/min con caída de 1.5m y llevar 3.8 l/min a una cota de 75m.

Cuando el suministro de agua se debe efectuar en un tramo muy largo el ariete también debe vencer las pérdidas por fricción y las locales y estas deben ser tomadas como parte de la elevación de suministro.

Un ariete para cada necesidad!

Existen varios tipos de arietes, algunos están diseñados para tomar agua de una fuente diferente a la que otorga la fuerza motriz, estos que mantienen las dos aguas separadas se utilizan para bombear agua limpia con la fuerza del agua contaminada.

En muchos casos se necesita más caudal del que puede dar un solo ariete, en estos casos se pueden utilizar baterías de arietes. Se pueden conectar varios arietes en paralelo a una tubería de suministro.

El montaje más común.

 image659.gif (21957 bytes)

(fig. 3)

Tablas importantes.

En la siguiente tabla se ilustra el funcionamiento de los arietes fabricados por la compañía Lidgerwood Industrial. Se puede apreciar claramente la disminución en la cantidad de l/min suministrados con el aumento de la relación H/h. También se ve que aumentan a mayor diámetro de entrada y también la cantidad de agua necesaria a la entrada.

Tubería (D(in))

Entrada Salida Entrada (l/min)

Suministro (l/h)

H/h 6:1 8:1 10:1 12:1

3/4

3/8

5

32

20

12

7

44

28

18

1

1/2

7

44

28

18

11

10

64

40

25

16

15

95

60

38

24

1y1/2

3/4

15

95

60

38

24

20

128

80

50

31

25

160

100

63

40

2

1

25

160

100

63

40

35

225

140

88

55

45

285

180

112

72

2y1/2

1y1/4

45

285

180

112

72

60

380

240

150

95

75

480

300

186

120

3

1y1/2

75

480

300

186

120

100

640

400

250

160

125

800

500

330

200

Esta tabla muestra información sobre arietes Colombianos.

Características de los Arietes Fabricados en Colombia

Marca Número Tubería D(in) Caudal mínimo (l/min)
entrada salida
VIGIG

3

1

1/2

4.14

VIGIG

4

1y1/4

3/4

2.47

VIGIG

5

2

1

4.6

TIAQ

3

1

1/2

10.2

TIAQ

4

1y1/4

3/4

2.82

TIAQ

5

2

1

5

Tabla para escoger un ariete.

La última tabla se emplea para la escogencia del ariete. Primero se debe conocer el caudal, en litros por hora, que se requiere para consumo. Este se puede conocer sumando el consumo promedio de los individuos y/o cultivos a surtir. Luego se debe medir el caudal disponible en la fuente, se efectúa aforando por cualquier método. Se procede entonces a medir la diferencia de alturas entre la toma y el ariete y el tanque de almacenamiento y el ariete, se hace el cociente entre la altura de elevación y la altura de caída y se aproxima al entero más cercano.

Teniendo el resultado del cociente se entra a la tabla por la primera fila y se busca este número. Se desciende por la columna correspondiente hasta llegar al número más cercano a la demanda requerida. Si el número se encuentra en dos posiciones en la misma columna entonces se debe comparar el caudal disponible de la fuente con el número de la columna del caudal, si son muy parecidos se escoge el tamaño menor, si el disponible es mayor se escoge el ariete más grande.

Número

Caudal

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

del ariete

(l/m)

NÚMERO DE LITROS POR HORA QUE EL ARIETE

ENTREGA PARA ALMACENAR

2

3.8

30

23

19

15

13

11

9

8

6

5

4

4

3

3

2

1.5

1.5

7.6

64

49

38

30

26

22

18

15

13

11

9

8

6

5

5

3.4

3

3

7.6

64

49

38

30

26

22

18

15

13

11

9

8

6

5

5

3.4

3

11.4

95

72

57

45

38

32

27

23

19

16

14

12

10

8

7

5.2

4.5

15.1

12.9

98

76

60

53

43

36

30

26

22

18

16

13

11

9

7.1

6.1

4

11.4

95

72

57

45

38

32

27

23

19

16

14

12

10

8

7

5.2

4.5

15.1

129

98

76

60

53

43

36

30

26

22

18

16

13

11

9

7.1

6.1

18.9

159

121

95

73

68

55

49

38

32

28

23

20

17

14

11

9.1

7.6

22.7

193

148

113

95

79

66

55

45

39

33

27

24

20

16

14

10.6

7.9

16.5

223

170

136

110

95

79

64

53

45

39

32

20

23

19

16

12.5

10.6

5

22.7

193

148

113

95

79

66

55

45

39

33

27

24

20

16

14

10.6

7.9

26.5

223

170

136

110

95

76

64

53

45

39

32

28

23

19

16

12.5

10.6

30.3

257

197

155

125

106

87

72

60

51

44

36

32

26

22

18

14.3

12.1

34.1

288

219

174

140

121

98

81

68

58

50

41

36

30

25

20

16.3

13.6

37.8

322

249

193

159

136

106

91

76

64

55

45

40

33

28

23

18.2

15.1

41.6

356

272

212

174

148

117

98

83

71

61

50

44

37

30

25

20.1

16.7

45.4

386

299

235

189

163

129

106

91

77

66

54

48

40

33

27

21.6

18.2

49.2

420

322

254

204

174

140

117

98

84

72

59

51

43

36

29

23.5

19.7

53

450

348

272

219

189

159

125

106

90

77

63

56

47

39

32

25.4

21.2

BIBLIOGRAFIA

 

AZEVEDO Netto, J. M. de y ACOSTA Alvarez, Guillermo. Manual de Hidráulica. Editorial

Harper and Row Latinoamericana. México D.F. 1976. 578p.

POLO Encinas, Manuel. Turbomáquinas Hidraulicas Principios Fundamentales. Editorial

Limusa. Mexico D.F. 1980. 291p.

LINSLEY, Ray K. y FRANZINI, Joseph B. McGrawhill Series in Sanitary Science and Water

Resources Engineering. Editorial McGrawhill. Nueva York. 1964. 654p.

FUCHSIOCHER, Eugen. Bombas para Escuelas de Ingenieros. Editorial Labor S.A. Barcelona.

  1. 211p.

NORMAS PARA INSTALAR UN ARIETE. Secretaria de Agricultura y Fomento de Antioquia. Periodo de gobernación del Departamento de Antioquia de Ignacio Betancur Campuzano.

Camilo Restrepo


___